Ab initio absorption spectrum of NiO combining molecular dynamics with the embedded cluster approach in a discrete reaction field

We developed a procedure that combines three complementary computational methodologies to improve the theoretical description of the electronic structure of nickel oxide. The starting point is a Car-Parrinello molecular dynamics simulation to incorporate vibrorotational degrees of freedom into the material model. By means ofcomplete active space self-consistent field second-order perturbation theory (CASPT2) calculations on embedded clusters extracted from the resulting trajectory, we describe localized spectroscopic phenomena on NiO with an efficient treatment of electron correlation. The inclusion of thermal motion into the theoretical description allowsus to study electronic transitions that, otherwise, would be dipole forbidden in the ideal structure and results in a natural reproduction of the band broadening. Moreover, we improved the embedded cluster model by incorporating self-consistently at the complete active space self-consistent field (CASSCF) level a discrete (or direct) reaction field (DRF) in the cluster surroundings. The DRF approach offers an efficient treatment ofelectric response effects of the crystalline embedding to the electronic transitions localized in the cluster. We offer accurate theoretical estimates of the absorption spectrum and the density of states around the Fermi level of NiO, and a comprehensive explanation of the source of the broadening and the relaxation of the charge transferstates due to the adaptation of the environment

Calculation of Franck-Condon factors including anharmonicity: simulation of the C2 H4+ X̃2B 3u←C2 H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum of ethylene

Our new simple method for calculating accurate Franck-Condon factors including nondiagonal (i.e., mode-mode) anharmonic coupling is used to simulate the C2H4+X2B 3u←C2H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum. An improved vibrational basis set truncation algorithm, which permits very efficient computations, is employed. Because the torsional mode is highly anharmonic it is separated from the other modes and treated exactly. All other modes are treated through the second-order perturbation theory. The perturbation-theory corrections are significant and lead to a good agreement with experiment, although the separability assumption for torsion causes the C2 D4 results to be not as good as those for C2 H4. A variational formulation to overcome this circumstance, and deal with large anharmonicities in general, is suggested

Fronts from complex two-dimensional dispersal kernels: theory and application to Reid's paradox

Bimodal dispersal probability distributions with characteristic distances differing by several orders of magnitude have been derived and favorably compared to observations by Nathan [Nature (London) 418, 409 (2002)]. For such bimodal kernels, we show that two-dimensional molecular dynamics computer simulations are unable to yield accurate front speeds. Analytically, the usual continuous-space random walks (CSRWs) are applied to two dimensions. We also introduce discrete-space random walks and use them to check the CSRW results (because of the inefficiency of the numerical simulations). The physical results reported are shown to predict front speeds high enough to possibly explain Reid's paradox of rapid tree migration. We also show that, for a time-ordered evolution equation, fronts are always slower in two dimensions than in one dimension and that this difference is important both for unimodal and for bimodal kernels

Diffusive transport properties in monovalent and divalent metal-ion halide melts: A computer simulation study

Self- and cross-velocity correlation functions and related transport coefficients of molten salts are studied by molecular-dynamics simulation. Six representative systems are considered, i.e., NaCl and KCl alkali halides, CuCl and CuBr noble-metal halides, and SrCl2 and ZnCl2 divalent metal-ion halides. Computer simulation results are compared with experimental self-diffusion coefficients and electrical conductivities. Special attention is paid to dynamic cross correlations and their dependence on the Coulomb interactions as well as on the size and mass differences between anions and cations.

Speed of travelling fronts: Two-dimensional and ballistic dispersal probability distributions

The speed of traveling fronts for a two-dimensional model of a delayed reactiondispersal process is derived analytically and from simulations of molecular dynamics. We show that the one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) versions of a given kernel do not yield always the same speed. It is also shown that the speeds of time-delayed fronts may be higher than those predicted by the corresponding non-delayed models. This result is shown for systems with peaked dispersal kernels which lead to ballistic transport

Diffusive transport properties in monovalent and divalent metal-ion halide melts: A computer simulation study

Self- and cross-velocity correlation functions and related transport coefficients of molten salts are studied by molecular-dynamics simulation. Six representative systems are considered, i.e., NaCl and KCl alkali halides, CuCl and CuBr noble-metal halides, and SrCl2 and ZnCl2 divalent metal-ion halides. Computer simulation results are compared with experimental self-diffusion coefficients and electrical conductivities. Special attention is paid to dynamic cross correlations and their dependence on the Coulomb interactions as well as on the size and mass differences between anions and cations.

Fronts from complex two-dimensional dispersal kernels: theory and application to Reid's paradox

Bimodal dispersal probability distributions with characteristic distances differing by several orders of magnitude have been derived and favorably compared to observations by Nathan [Nature (London) 418, 409 (2002)]. For such bimodal kernels, we show that two-dimensional molecular dynamics computer simulations are unable to yield accurate front speeds. Analytically, the usual continuous-space random walks (CSRWs) are applied to two dimensions. We also introduce discrete-space random walks and use them to check the CSRW results (because of the inefficiency of the numerical simulations). The physical results reported are shown to predict front speeds high enough to possibly explain Reid's paradox of rapid tree migration. We also show that, for a time-ordered evolution equation, fronts are always slower in two dimensions than in one dimension and that this difference is important both for unimodal and for bimodal kernels

Calculation of Franck-Condon factors including anharmonicity: simulation of the C2 H4+ X̃2B 3u←C2 H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum of ethylene

Our new simple method for calculating accurate Franck-Condon factors including nondiagonal (i.e., mode-mode) anharmonic coupling is used to simulate the C2H4+X2B 3u←C2H4X̃1 Ag band in the photoelectron spectrum. An improved vibrational basis set truncation algorithm, which permits very efficient computations, is employed. Because the torsional mode is highly anharmonic it is separated from the other modes and treated exactly. All other modes are treated through the second-order perturbation theory. The perturbation-theory corrections are significant and lead to a good agreement with experiment, although the separability assumption for torsion causes the C2 D4 results to be not as good as those for C2 H4. A variational formulation to overcome this circumstance, and deal with large anharmonicities in general, is suggested

Models de simulació per coordinar serveis d'emergència

El projecte exposat té com a propòsit definir i implementar un model de simulació basat en la coordinació i assignació dels serveis d’emergència en accidents de trànsit. La definició del model s’ha realitzat amb l’ús de les Xarxes de Petri Acolorides i la implementació amb el software Rockwell Arena 7.0. El modelatge de la primera simulació ens mostra un model teòric basat en cues mentre que el segon, mostra un model més complet i real gràcies a la connexió mitjançant la plataforma Corba a una base de dades amb informació geogràfica de les flotes i de les rutes. Com a resultat de l’estudi i amb l’ajuda de GoogleEarth, podem realitzar simulacions gràfiques per veure els accidents generats, les flotes dels serveis i el moviment dels vehicles des de les bases fins als accidents.

Anàlisi, disseny i implementació d'una eina de simulació per a l'estudi de la interoperabilitat mitjançant conversió d'atributs en entorns multi-domini

El present projecte part d’un estudi sobre el tractament de situacions d’emergència, on es considera que una infraestructura de comunicació, sobre aquest tipus d’escenaris, ha d’implementar la interoperabilitat i el control d’accés, entre els diferents elements que hi participen, utilitzant la conversió d’atributs. Per tal de materialitzar aquest estudi s’ha realitzat un anàlisi de les necessitats de l’aplicació i un disseny detallat dels mòduls que el formen. S’ha implementat d’aquesta manera una eina de simulació per entorns multi-domini. Finalment s’han realitzat un conjunt de proves per comprovar la seva fiabilitat respecte l’estudi original.

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançantcomputadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen ambaquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pelsconductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

Exploring unfrequent events with accelerated molecular dynamics simulations: from photochemistry to drug design

La meva incorporació al grup de recerca del Prof. McCammon (University of California San Diego) en qualitat d’investigador post doctoral amb una beca Beatriu de Pinós, va tenir lloc el passat 1 de desembre de 2010; on vaig dur a terme les meves tasques de recerca fins al darrer 1 d’abril de 2012. El Prof. McCammon és un referent mundial en l’aplicació de simulacions de dinàmica molecular (MD) en sistemes biològics d’interès humà. La contribució més important del Prof. McCammon en la simulació de sistemes biològics és el desenvolupament del mètode de dinàmiques moleculars accelerades (AMD). Les simulacions MD convencionals, les quals estan limitades a l’escala de temps del nanosegon (~10-9s), no son adients per l’estudi de sistemes biològics rellevants a escales de temps mes llargues (μs, ms...). AMD permet explorar fenòmens moleculars poc freqüents però que son clau per l’enteniment de molts sistemes biològics; fenòmens que no podrien ser observats d’un altre manera. Durant la meva estada a la “University of California San Diego”, vaig treballar en diferent aplicacions de les simulacions AMD, incloent fotoquímica i disseny de fàrmacs per ordinador. Concretament, primer vaig desenvolupar amb èxit una combinació dels mètodes AMD i simulacions Car-Parrinello per millorar l’exploració de camins de desactivació (interseccions còniques) en reaccions químiques fotoactivades. En segon lloc, vaig aplicar tècniques estadístiques (Replica Exchange) amb AMD en la descripció d’interaccions proteïna-lligand. Finalment, vaig dur a terme un estudi de disseny de fàrmacs per ordinador en la proteïna-G Rho (involucrada en el desenvolupament de càncer humà) combinant anàlisis estructurals i simulacions AMD. Els projectes en els quals he participat han estat publicats (o estan encara en procés de revisió) en diferents revistes científiques, i han estat presentats en diferents congressos internacionals. La memòria inclosa a continuació conté més detalls de cada projecte esmentat.

Estudi i simulació aerodinàmica amb programari de dinàmica de fluids computacional (CFD) en un model bàsic de vehicle de competició de la categoria CM (curses de muntanya)

Aquest projecte té com a objectiu la simulació numérica de la carrosseria d’ un vehicle de curses de muntanya de categoria CM

Simulació de vent en temps real per paisatges

La simulació de la realitat és un fenomen que va sorgir fa uns anys per tal de predir esdeveniments sense haver de malbaratar recursos. El problema inicial de la simulació va ser la necessitat de simplificar la realitat a causa de la manca de capacitat dels ordinadors de l’època. Amb aquest projecte volem ajudar, per exemple, a estudis científics sobre la difusió de la contaminació en grans nuclis a causa de l’efecte del vent, càlculs de trajectòries amb forces externes degudes al vent, o incorporar en el món de la multimèdia efectes realistes de vent. El principal objectiu d’aquest projecte és desenvolupar un sistema que permeti realitzar simulacions realistes de vent per un paisatge 2D, i estudiar com el vent és veu afectat per la geometria de l’escena. Un punt important, és que tot ha de ser en temps real. Per aconseguir-ho, utilitzarem tècniques basades en el mètode de Lattice-Boltzmann, el qual consisteix en una xarxa regular que representa el fluid en posicions discretes, i estudiar com flueix. Escollint els paràmetres correctes de la simulació, es pot demostrar que aquest mètode convergeix a les equacions continues de Navier-Stokes, les qual són les més importants per descriure el comportament macroscòpic d’un fluid. Per accelerar tots els càlculs, utilitzarem la capacitat i la potencia de les targes gràfiques, ajustarem l’algorisme per poder-lo utilitzar en paral•lel, tot tenint en compte les restriccions de les GPUs. També haurem de generar un sistema per poder llegir les escenes 2D sobre les que realitzarem la simulació. Finalment, haurem de “pintar” el vent per tal de poder visualitzar el resultat de la simulació